DE2718273A1 - Verfahren zum vakuum-abdichten eines vakuum-gegenstandes - Google Patents

Description

ISE ELECTRONICS CORPORATION

700, Αζα-Wada, Ueno-cho,

Ise City, Mie Prefecture, Japan

Verfahren zum Vakuum-Abdichten eines Vakuum-Gegenstandes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vakuum-Abdichten eines Vakuum-Gegenstandes, beispielsweise einer Abbildungsröhre o.dgl.

Derartige Gegenstände weisen in der Regel ein Saugrohr auf, welches zum Evakuieren der Gegenstände an eine Vakuum-Pumpe angeschlossen wird. Das Saugrohr vergrößert nicht nur die Abmaße der Gegenstände, sondern vermindert auch den Grad des erzielbaren Vakuums, und zwar aufgrund einer geringen Saug-Leitfähigkeit oder Vakuum-Leitfähigkeit, die durch eine vergleichsweise lange Erstreckung des Saugrohres hervorgerufen wird.

Bei einer flachen Vakuum-Abbildungsröhre wird das Saugrohr am flachen Träger, am Abstandshalter oder an der bootsförmigen Front-Glasplatt· befestigt» und zwar

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durch Frittglas bzw. Glasmasse, hach dem Evakuieren wird das Saugrohr abgenommen. Folglich steht der verbleibende Abschnitt des iaugrohres von der Abbildungsröhre ab und benötigt zusatzlichen Raum beim Einbau der Abbildungsröhre. Um den vom Saugrohr eingenommenen Platz zu vermindern, ist es erforderlich, den Saugrohr-Durchmesser herabzusetzen. Da es außerdem erforderlich ist, daß das Saugrohr für seinen Anschluß an der Vakuumpumpe eine definierte Länge besitzt, wird die Saug-Leitfähigkeit weiter vermindert. Die Folge ist, daß der Vakuum-Grad innerhalb der Abbildungsröhre wesentlich unter demjenigen Wert liegt, der von der Vakuum-Pumpe erzielbar wäre.

Die Erfindung richtet sich folglich auf die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zum luftdichten Verschließen eines Vakuum-Gegenstandes ohne Verwendung eines Saugrohres, wodurch sich die Evakuierungsleistung erhöht und die Anzahl der Herstellungsschritte vermindert. Erfindungsgemäß soll ein Vakuum-Gegenstand von geringer Größe herstellbar sein, der mit geringeren Kosten gefertigt werden kann, als ein ähnlicher Gegenstand, der unter Verwendung eines Saugrohres evakuiert wird.

Die Erfindung schafft also ein Verfahren zum Vakuum-Abdichten eines Vakuum-Gegenstandes, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Dichtelement an einem luftdicht zu verschließenden Bereich des Gegenstandes derart angeordnet wird, daß ein Verbindungsdurchgang zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Gegenstandes erhalten bleibt, wobei das Dichtelement die Eigenschaft besitzt*

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erst dann an einer abzudichtenden Fläche zu haften, wenn es geschmolzen ist; daß der Gegenstand in einer Vakuum-Kammer angeordnet wird; daß die Vakuum-Kammer und damit der Gegenstand durch seinen Verbindungsdurchgang hindurch evakuiert wird; und daß das Dichtelement erwärmt und geschmolzen wird, um den Bereich abzudichten und dadurch einen luftdicht verschlossenen Vakuum-Gegenstand zu erzielen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in:

Figur 1 eine auseinandergezogene Darstellung einer Vakuum-Abbildungsröhre, auf welche die Erfindung Anwendung finden kann;

Figur 2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Vakuum-Abdichten der Abbildungsröhre nach Figur 1;

Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Vakuum-Gegenstandes, auf den das Verfahren nach der Erfindung Anwendung finden kann;

Figur 4 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Vakuum-Abdichten des Gegenstandes nach Figur 3;

Figur 5a einen Grundriß eines Dichtelementes zur Ver-

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wendung in der Vorrichtung nach Figur 4{

Figur 5b einen Schnitt entlang der Linie Vb-Vb in Figur 5a;

Figur 5c einen Schnitt zur Darstellung des Abdichtens eines Vakuum-Gegenstandes mittels des Dichtelementes nach Figur 5a;

Figur 6 eine Schnittansicht zur Darstellung eines weiteren Abdicht-Verfahrens für den Gegenstand nach Figur 3;

Figur 7a einen Grundriß eines Stopfens zum Schließen der Saugöffnung in Verbindung mit dem Verfahren nach Figur 6;

Figur 7b einen Schnitt durch den Stopfen entlang der Linie VIIb-VIIb in Figur 7a;

Figur 8 einen Grundriß eines Dichtelementes zur Verwendung bei dem Verfahren nach Figur 6;

Figur 8b einen Schnitt durch das Dichtelement entlang der Linie VIIIb-VIIIb in Figur 8a.

Gemäß Figur 1 handelt es sich bei dem Vakuum-Gegenstand· auf den das Verfahren nach der Erfindung Anwendung findet, um eine Vakuum-Abbildungsröhre mit einem flachen, ebenen Träger 10 aus Isoliermaterial, wie beispiels weise einer Glasplatte. Auf dem Träger 10 sind, wie es

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schematisch dargestellt ist, Anoden-Elektroden, Steuer-Elektroden und Katode-Elektroden befestigt. Vor dem Zusammensetzen ist ein rechtwinkliger Abstandshalter unter Verwendung von Frittglas o.dgl. vakuumdicht mit einer Front-Glasplatte 13 verbunden worden, so daß das erfindungsgemäße Verfahren auf die Abdichtung dieser beiden Bauteile keine Anwendung findet. Rund um den Umfang des Substrates 10 ist zwischen diesem und dem rechtwinkligen Abstandshalter 12 ein Dichtelement 11 angeordnet. Das Oichtelement 11 besteht aus einem Material, welches nur dann, wenn es unter Wärmeeinwirkung geschmolzen ist, an denjenigen Bereichen des Vakuum-Gegenstandes haftet, die vakuumdicht oder luftdicht verbunden werden sollen, nämlich an dem oberen Umfangsbereich des Trägers 10 und an der unteren Fläch· des Abstandshalters 12. Wenn also das Dichtelement 11, der Abstandshalter 12 und die Front-Glasplatte 13 in dieser Reihenfolge auf dem Träger 10 gestapelt werden» ergibt sich folglich eine Vielzahl von Luftdurchlässen zwischen dem Dichtelement 11 und dem Träger 10 sowie zwischen dem Dichtelement 11 und dem Abstandshalter 12· Daher ist, wie es später noch näher erläutert wird, die Vakuum- oder Saug-Leitfähigkeit sehr groß, wenn das Innere des aus dem Träger 10, dem Dichtelement 11, dem Abstandshalter 12 und der Front-Glasplatte 13 bestehenden Vakuum-Gegenstandes evakuiert wird. Das Dichtelement 11 besteht aus einer Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt, beispielsweise aus einem Lot entweder des Pb-Ag-Systems, oder des Au-Ge-Systems. Das Dichtelement ist so geformt, daß es mit der unteren Fläche des rechtwinkligen Abstandshalters 12 Übereinstimmt·

Da Vakuum-Gegenstände zu ihrer Entgasung in der Regel

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vor dem Versiegeln bei einer Temperatur von etwa 300°C getrocknet werden, sollte der Schmelzpunkt des Dichtelementes oberhalb der Trockentemperatur liegen. Folglich ist es besonders vorteilhaft, ein Lötmittel des Pb-Ag-Systems mit einem Schmelzpunkt von etwa 308 C oder ein solches des Au-Ge-Systems mit einem Schmelzpunkt von etwa 340⁰C zu verwenden.

Die Vakuum-Abbildungsröhre wird unter Verwendung der Vorrichtung nach Figur 2 versiegelt. Diese Vorrichtung weist eine Heizung 20 auf, die außerhalb einer Vakuum-Kammer 23 liegt und zum Schmelzen des Dichtelementes der Abbildungsröhre dient. Die Kammer 23 besitzt einen Deckel 21 aus einer hitzebeständigen, transparenten Quarzglasplatte sowie eine Dichtpackung 22, die zwischen der Glasplatte 21 und der Kammer 23 liegt. Ferner ist eine transparente Klemmplatte 24 vorgesehen, die zum Festhalten der Abbildungsröhre dient und aus Tonerde-Glas oder Quarzglas besteht. Eine Halterung 25 aus Keramik oder Metall dient dazu, die Vakuum-Abbildungsröhre zu tragen und die darunter liegenden Bauteil· gegen Wärmeeinwirkung abzuschirmen. Die Kammer 23 ist an eine nicht gezeigte Vakuumpumpe angeschlossen, und zwar über ein Saugrohr 26.

Die aus Glas bestehende Klemmplatte 24 ist gemeinsam mit der Halterung 25 auf Führungstangen 27 angeordnet, die sich durch die vier Ecken der beiden Bauteile erstrecken und Köpfe 27a tragen. Die unteren Ende der Führungsstangen 27 sind an einer von der Kammer 23 getragenen Grundplatte 28 befestigt. Di· Klemmplatte 24 sitzt fest an den Führungsstangen 27, wohingegen di· Halterung 25 relativ zu den Führungsstangen v«rschi«blich ist und von Schraubenfedern 29, di· di· FUhrungs-

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stangen umgeben, nach oben verspannt wird. Die Heizung 20 besteht aus einem Reflektor 20a von geeigneter Form und aus einem Heizstrahler 20b, beispielsweise aus einer Infrarot- oder einer Halogenlampe. Die Strahlung des Heizstrahlers 20b wird durch den Deckel 21 und die Klemmplatte 24, welche die Strahlen hindurchlassen, auf die Abbildungsröhre projiziert.

Das Verfahren des Vakuum-Abdichtens unter Verwendung der Vorrichtung nach Figur 2 geht folgendermaßen vor sich. Der Abstandshalter 12 wird im voraus mit der Front" Glasplatte 13 versiegelt, und zwar beispielsweise durch Frittglas. Sodann baut man die Vakuum-Abbildungsröhre zusammen, indem man das Dichtelement 11 zwischen dem Träger 10 und dem Abstandshalter 12 einklemmt. Nach Absenken der Halterung 25 wird diese Anordnung zwischen die Halterung 25 und die Klemmplatte 24 eingesetzt. Das Innere der Kammer 23 wird bis zu dem gewünschten Vakuumgrad evakuiert, woraufhin man die Heizung 20 in Betrieb setzt, um durch deren Strahlung das Dichtelement 11 zu erwärmen und zu schmelzen. Folglich wird der Abstandshalter vakuumdicht mit dem Träger versiegelt.

Vor dem Erwärmen des Dichtelementes wird die die Wiedergaberöhre bildende Anordnung zwischen der Klemmplatte 24 und der Halterung 25 eingeklemmt, und zwar unter der Wirkung der Federn 23. Dabei verbleiben sehr viele Luftdurchlässe zwischen der oberen Fläche des Dichtelementes 11 und der unteren Fläche des Abstandshalters 12 sowie zwischen der unteren Fläche des Dichtelementes 11 und der oberen Fläche des Trägers 10. Man kann also das Innere der Vakuum-Kammer und das Innere der Röhrenanordnung im wesentlichen mit gleicher Geschwindigkeit auf im wesentlichen den gleichen Vakuumgrad evakuieren.

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Wenn das Dichtelement 11 unter der Wärmeeinwirkung schmilzt, wird die Halterung 25 durch die Kraft der Federn nach oben bewegt, so daß sich eine wirksame Vakuum-Versiegelung ergibt.

Es ist besonders vorteilhaft, in nicht gezeigter Weise eine dicke, über dem Umfang verlaufende metallische Pasten- oder Klebeschicht, die aufgedruckt wird, oder aber eine metallisierte (gesprühte) Schicht aufzutragen, um eine gute Fusion des Dichtelementes in die luftdicht zu versiegelnden Flächen zu erzielen. Verwendet man ein Pb-Ag-Lot, so wird beispielsweise ein Nickelfilm aufgedampft.

Wenn Abstandshalter und Träger aus Keramik bestehen, so sprüht man Metall auf das Keramikmaterial auf und platiert mit Nickel. Kommt ein Verfahrensschritt zur Anwendung, der zu einer Oxydation des Nickelfilms an der Dichtfläche führen kann, so ist vorteilhaft, vor dem Evakuieren eine Platierung von Gold auf den Nickel· film aufzutragen.

Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wurde das Dichtelement zwischen den Träger und den Abstandshalter eingeklemmt, woraufhin man das Dichtelement schmolz· Es ist jedoch auch möglich, das Dichtelement zwischen den Abstandshalter und die Front-Glasplatte einzulegen. Abweichend davon kann man den Abstandshalter in zwei Abschnitte unterteilen, von denen der eine mit der Front-Glasplatte und der andere mit dem Träger versiegelt wird, und zwar jeweils durch Frittglas. Anschließend klemmt man ein Dichtelement zwischen den Trennflächen der Ab-

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standshalter-Abschnitte ein und schmilzt es.

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Vakuum-Gegenstandes, der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens versiegelt werden kann. Der Gegenstand nach Figur 3 besitzt eine Saugöffnung 30a und eine Metallschicht 31, die durch Vakuum-Aufdampfen von Nickel rund um die Säugöffnung ausgebildet worden ist. Handelt es sich um einen Träger aus Keramik, so wird die Metallschicht 31 durch Metallisieren (Besprühen) des Keramikträgers und anschließendes Piatieren mit Nickel und Gold erzeugt. 0er Vakuum-Gegenstand ist hohl und mittels Frittglas vakuumdicht versiegelt, abgesehen von der Saugöffnung 30a.

Um den Gegenstand nach Figur 3 luftdicht zu versiegeln, ordnet man ihn in einer Vakuumkammer gemäß Figur 4 Qn, wobei diese Vakuumkammer der nach Figur 2 ähnlich ist· Bei dieser Ausführungsform wird ein ringförmiges Dichtelerren t 50, bestehend aus einem Pb-Ag-Lot, auf die Metallschicht 31 rund um die Saugöffnung 30a gelegt. Eine Öffnung 40a führt durch eine Klemmplatte 40 hindurch, und das Dichtelement 50 wird durch dies· Öffnung auf den Vakuum-Gegenstand 30 aufgelegt. Letzterer ist zwischen einer Halterung 25 und der Klemmplatte 40 eingekle.Tjnt. Die Platte 40 kann nach Belieben aus transparentem oder nicht transparentem Material bestehen. Die Heizung 20 ist außerhalb der Kammer 21 gegenüber der Öffnung 40a angeordnet.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel ein kleines Dichtelement

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durch die Öffnung 40α hindurchgeführt wird, um auf der Metallschicht 31 aufzuruhen, ist es im Gegensatz zu dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht wirkungsvoll, das Innere des Vakuum-Gegenstandes unter Verwendung derjenigen Luftdurchlässe zu evakuieren, die sich zwischen der Metallschicht und dem Dichtelement ergeben. Dementsprechend wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Innen» durchmesser 50a des Dichtelementes etwas größer gewählt, als der Durchmesser der Saugöffnung 30a, wie es in den Figuren 5a und 5b dargestellt ist. Dadurch steht das Innere des Vakuum-Gegenstandes mit dem Äußeren durch diese Öffnungen in Verbindung. Bei einer solchen Konstruktion kann die Vakuum- oder Saug-Leitfähigkeit ebenfalls erhöht werden, da es lediglich erforderlich ist, an dem Gegenstand die Öffnung 30a anzubringen, und keine Notwendigkeit besteht, wie beim Stande der Technik ein langes Saugrohr zu verwenden.

Wie bereits oben beschrieben, wird die Vakuumkammer während des Trocknens bei einer Temperatur evakuiert, die unterhalb des Schmelzpunktes des Dichtelementes liegt. Bei Erreichen des gewünschten Vakuums wird die Temperatur auf einen Wert oberhalb des Schmelzpunktes des Dichtelementes erhöht, um letzteres zu schmelzen. Daraufhin bewirkt das Dichtelement eine luftdichte Versiegelung der Saugöffnung, wie es in Figur 5c dargestellt ist.

Sofern eine Nickelschicht als Metallschicht 31 Verwendung findet, so kann diese unmittelbar vor dem Evakuierungsvorgang aufgedampft werden, wohingegen bei Verwendung eines Keramikträgers durch Piatieren von Nickel metallisiert wird, woraufhin man durch Piatieren einen Goldfilm aufbringt, um eine Oxydation während der Herstellungsvorgänge zu verhindern. Das Abdichten erfolgt durch Fusion zwischen dem Nickel- bzw. Goldfilm und dem Lot.

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Bei dem Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 6 wird ein ringförmiges Dicntelement öO auf die Metallschicht 31 aufgesetzt. Las Dichtelement besitzt einen Innendurchmesser 80a, der größer als der Innendurchmesser der Saugöffnung 30a des Vakuum-Gegenstandes ist. Ferner besitzt das Dichtelement einen Ausschnitt 80b. Auf das Dichtelement wird eine Metallplatte 70 aufgelegt. Sodann klammert man die Anordnung mittels der durchsichtigen Klemmplatte 24 fest. Wie es aus den Figuren 7a und 7b hervorgeht, besitzt die Metallplatte 70 einen AuBendurchmesser, der größer als der Durchmesser der Metallschicht 31 ist. Die Platte besteht aus einem Metall mit dem gleichen thermischen Dehnungskoeffizienten wie der Träger, nämlich Nr.-426-Legierung, sofern der Träger aus Glas besteht, und abweichend davon Covar, sofern der Träger aus Tonerdekeramik besteht. Di· Ausnehmung 80b des Dichtrings 80 stellt die Verbindung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Vakuum-Gegenstand·· her. Anstelle der Anordnung der Heizung außerhalb der Vakuumkammer besteht die Möglichkeit, die Heizung inner« halb der Vakuumkammer anzubringen. Allerdings macht di· letztgenannte Anordnung die Konstruktion komplizierter.

Wie oben beschrieben, ist es erfindungsgemäß möglich, auf das Saugrohr zu verzichten, so daß man aie Größe nicht nur des Vakuum-Gegenstandes, sondern auch derjenigen Vorrichtung vermindern kann, zu der der Vakuum-Gegenstand gehören soll. Das Fehlen des Saugrohres verbessert auch di· Unterdruck-Leitfähigkeit und verkürzt die Evakuierungszeit.

Ferner kann man den Grad des Vakuums innerhalb des Vakuum· Artikels im wesentlichen auf denjenigen Wert bringen» der innerhalb der Vakuum-Kammer erzielbar ist. Auch ist ·β nicht notwendig, das Saugrohr am Vakuum-Gegenstand anzu-

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bringen und nach dem Evakuieren wieder zu entfernen.

Es vermindern sich also die Herstellungsvorgänge und di·

zu investierende Arbeit.

Zusammenfassend schafft also die Erfindung ein Verfahren, bei dem ein Dichtelement auf einen luftdicht abzuschließen den Bereich eines Vakuum-Gegenstandes aufgebracht wird, wobei dieses Dichtelement nicht haftet, bevor es geschmolzen ist. Es wird ein Verbindungsdurchlaß zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Gegenstandes aufrechterhalten. Nach Einbringen des Gegenstandes in eine Vakuumkammer wird letztere evakuiert, um auch den Gegenstand durch den Verbindungsdurchlaß zu evakuieren. Sodann wird das Dichtelerr.ent erwärmt und geschmolzen, um den Gegenstand luftdicht abzudichten.

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Claims (1)

1. J Ci. j G Γ·

   PATENTANSPRÜCHE

   Λ.J Vorfahren zum Vakuum-Abdichten eines Vakuum-Gegenstandes,
   dadurch gekennzeichnet,

   da3 ein Dichtelement an einem luftdicht zu verschließenden 3ereich des Gegenstandes derart angeordnet wird, daß ein Verbindungsdurchgang zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Gegenstandes erhalten bleibt, wobei das Dichtelement die Eigenschaft besitzt, erst dann an einer abzudichtenden Fläche zu haften, wenn es geschmolzen ist; daß der Gegenstand in eir.ir Vakuurn-Karr.mer angeordnet wird; da3 die Vakuum-Kcrmar ur.d damit der Gegenstand durch seinen Ver-

   hindurch evakuiert wird; und daß das erwärmt und geschmolzen wird, um den Bereich abzudichten end dadurch einen luftdicht verschlossenen

   zu erzielen.

   2. Verfahren nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Wärme zum Schmelzen des Dichtelementes von der

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   iSöite zur Vakuurn-Karnrr.är her aufgebracht wird. v'e^rfQ,-.rer. räch ~r.spruch 1 oder 2,

   da3 ac-r Vakju.r-GGT&nstcnd zwischen einer die Wärme durchlassender. Klemmplatte und einer die Wärme abschir~.c-r.den Halterung eingeklemmt sowie im Vakuum-Tank cr.gsorcrict *irc.

   4. yerfanren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, aaaurch gekennzeichnet,

   daß eier abzudichtende Bereich der Umfangsbereich des Vakuum-Gegenstandes ist und daß das Dichtelement die gleiche Form wie dieser Umfangsbereich besitzt.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, iadjrch gekennzeichnet,

   daß der abzudichtende Bereich eine in der Wand des Gegen star.aes ausgebildete Saugöffnung umfaßt; daß der Vakuum— Gegenstand derart gehaltert wird, daß diese Saugöffnung mit einer in der Klemmplatte vorgesehenen Öffnung fluchtet; und dc3 ein ringförmiges Dichtelement in die Öffnung der Klemr.platte eingelegt wird.

   6. Verfanrer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

   aa3 der abzuiiehrende Bereich eine Saugöffnung in dem /akwiu-n-Gegcnsta.id umfaßt; daß ein Dichtelement in Form üir.es mit einer Ausnehmung versehenen Ringes rund um die Säugöffnung angeordnet wird; daß eine Metallplatt· zur Bilaung einer Gesamtanordnung auf das Dichtelement aufge legt wird; und daß die Gesamtanordnung zwischen einer Klemmplatte und einer Halterung eingeklemmt wird·

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   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

   dadurcn gekennzeichnet, daß die Halterung durch Federmittel in Richtung auf die Klemmplatte verspannt wird.

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